Electric power steering

Transkriptio

1 AS Automaatio- ja systeemitekniikan projektityöt Electric power steering Ohjausmoottorin jäähdytys ja ylikuumenemisen esto Väliraportti Työn ohjaaja: Ville Matikainen Tekijät: Samppa Jenu Sami Puumila 1

2 1. Projektin kokonaistilanne Projektissa on edetty aikataulun mukaisesti. Tiedonkeruu ja suunnitteluvaihe on toteutettu aikataulussa. Toteutusvaihe aloitettiin jäähdytysjärjestelmän asennuksesta, sillä jäähdytysjärjestelmän komponentit saapuivat ensimmäisenä. Muita toteutusvaiheen kohtia ei voida aloittaa ennen kuin loputkin tilatut komponentit ovat saapuneet. Tiedonkeruu ja suunnitteluvaiheissa vertailimme erilaisia ratkaisuja lämpötilan ja virran mittaamiseen sekä tapoja niiden integroimiseksi järjestelmään. Päädyimme hyödyntämään mittauksissa Arduino kehitysympäristöä. Ratkaisuun päädyimme, koska Arduinolle on olemassa paljon esimerkkiratkaisuja mittausten toteutuksista, joita hyödyntämällä voimme säästää aikaa ja vähentää integrointiin liittyviä riskejä. Arduino voidaan liittää myös CAN väylään, mikä oli yksi järjestelmän vaatimuksista. Jäähdytysratkaisuksi valittiin nestejäähdytys, jolla varmistetaan riittävä jäähdytysteho sekä ohjaustehostimen sähkömoottorilla että moottoriohjainkortilla. 2

3 2. Työvaiheet Toteutetut työvaiheet yliviivattu. 1. Tiedonkeruu 1.1. Järjestelmään tutustuminen Järjestelmän komponenttien dokumentointeihin tutustuminen Edellisten projektien dokumentointeihin tutustuminen Käytettäviin ohjelmistoihin tutustuminen 1.3. Mahdollisten lämpötila anturien etsintä Lämpötila anturien vertailu 1.4. Mahdollisten virta anturien etsintä Virta anturien vertailu 1.5. Eri jäähdytysmenetelmien vertailu 2. Suunnittelu 2.1. Anturien integroiminen järjestelmään 2.2. Jäähdytysjärjestelmän suunnittelu 2.3. Komponenttien hankinta 3. Toteutus 3.1. Anturien asennus 3.2. Jäähdytyskomponenttien asennus 3.3. Ohjausohjelmiston päivittäminen Ylikuumenemisen esto Virran rajoitus 4. Testaus 4.1. Anturien toiminnallisuuden testaus 4.2. Jäähdytyksen toiminnan testaus 5. Dokumentointi 3

4 3. Toteutusratkaisut 3.1. Lämpötilan ja virran mittaus Arduinolla Lämpötilan ja virran mittauksessa käytetään Arduino UNO mikrokontrolleria, johon lämpötila ja virta anturit kytketään. Lämpötilan mittaamiseen käytetään digitaalisia lämpötila antureita (DS18B20) ja virta antureina analogisia 30 ampeerin antureita (ACS712 30A). Arduino kytketään CAN väylään erillisen CAN BUS Shieldin avulla. Arduinoon voidaan kytkeä helposti myös LCD näyttö, johon mitatut arvot saadaan näkyviin. Kuva 1. Arduino UNO ja CAN BUS Shield (päällä). Kuva 3. Lämpötila anturi (DS18B20). Kuva 2. LCD näyttö. Kuva 4. Virta anturi (ACS712 30A). Arduino sekä muut komponentit on tilattu Deal Extreme verkkokaupasta, mutta ne eivät ole vielä saapuneet. 4

5 3.2. Jäähdytysjärjestelmä Päädyimme käyttämään ohjaustehostimen sähkömoottorin ja moottorinohjainkortin jäähdytyksessä nestejäähdytystä. Hankimme tietokone käyttöön tarkoitetun nestejäähdytysjärjestelmän Jimm s PC Storesta. Siihen kuuluu lauhdutin&tuuletin yksikkö ja CPU blokki. Se ei täysin sovellu meidän projektiin sellaisenaan, mutta muokkaamme sitä meidän projektiin sopivaksi. Ohjainkortin päällä olevan jäähdytyselementin jäähdytys toteutetaan mukana tulleella CPU blokkilla, blokki liitetään jäähdytyselementin päälle vannekiinnityksellä. Sähkömoottorin ympärille olemme taivuttaneet kupariputkesta kierukan, joka liitetään nestejäähdytys järjestelmään, kierukka lukitaan paikalleen letkukiristimellä. Haasteena tulee olemaan vesitiiviiden liitosten varmistaminen, järjestelmän ilmaaminen ja lauhdutin&tuuletin yksikön asentaminen mönkijän rakenteisiin. Kuva 6. Jäähdytyskierukka moottorin ympärillä. Kuva 7. Hankittu nestejäähdytysjärjestelmä Komponenttien sijoitus Arduino sijoitetaan samaan koteloon moottorinohjainkortin kanssa. Vanha kotelo oli tähän liian pieni, joten sen paikalle tilattiin uusi kotelo, johon sekä ohjainkortti että Arduino mahtuvat. Uusi kotelo on myös edellistä korkeampi, jotta jäähdytysjärjestelmän CPU blokki saadaan asennettua ohjainkortin jäähdytyselementin päälle. 5

6 Kuva 8. Uusi kotelo Arduinolle ja ohjainkortille. Kuva 9. CPU blokki ohjainkortin jäähdytyselementin päällä. 4. Päivitetty aikataulu ja riskit Päivitetty aikataulu liitteenä. Loppuprojektin aikataulu pysyy muuten samana, mutta komponenttien toimituksen viivästyminen saattaa viivästyttää koko projektia. Projektiin on tähän mennessä käytetty aikaa noin 27 h/hlö. Projektisuunnitelmassa mainituista riskeistä yksikään ei ole vielä toteutunut, mutta havaitsimme uusia riskejä, jotka on listattu alla: Arduinon komponenttien toimitus viivästyy. Alkuperäisen aikataulun mukaan komponenttien pitäisi saapua viikolla 42, jotta aikataulussa pysyttäisiin. Komponenttien toimituksessa Euroopan ulkopuolelta saattaa kestää useita viikkoja. Arduinon CAN BUS Shieldin integroiminen CAN väylään ei toimi odotetulla tavalla. Ei saatavilla tarkkoja ohjeita juuri tällaiseen sovellukseen. Nestejäähdytysjärjestelmän vesitiiviys. Hankittu nestejäähdytysjärjestelmä on tehty vesitiiviiksi, mutta joudumme lisäämään väliin kuparikierukan ja lisää letkua, jolloin liitosten tiiviydessä saattaa olla ongelmia. 6

7 Liite 1: Gantt-kaavio projektin aikataulusta Syys Loka Marras Joulu Deadlinet Suunnitelma Väliraportti Demo Dokumentointi Suunnitelman teko 1. Tiedonkeruu 1.1. Järjestelmään tutustuminen Järjestelmän komponenttien dokumentointeihin tutustuminen Edellisten projektien dokumentointeihin tutustuminen Käytettäviin ohjelmistoihin tutustuminen 1.3. Mahdollisten lämpötila-anturien etsintä Lämpötila-anturien vertailu 1.4. Mahdollisten virta-anturien etsintä Virta-anturien vertailu 1.5. Eri jäähdytysmenetelmien vertailu 2. Suunnittelu 2.1. Anturien integroiminen järjestelmään 2.2. Jäähdytysjärjestelmän suunnittelu 2.3. Komponenttien hankinta 3. Toteutus 3.1. Anturien asennus 3.2. Jäähdytyskomponenttien asennus 3.3. Ohjausohjelmiston päivittäminen Ylikuumenemisen esto Virran rajoitus 4. Testaus 4.1. Anturien toiminnallisuuden testaus 4.2. Jäähdytyksen toiminnan testaus 5. Dokumentointi